CN112411006B - 一种耐高温氧化铝连续纤维编织缝纫线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐高温氧化铝连续纤维编织缝纫线及其制备方法，属于功能材料技术领域。本发明所述的制备氧化铝连续纤维编织缝纫线的方法，包括如下步骤：(1)将氧化铝纤维进行加捻得到芯材；(2)在步骤(1)得到的芯材表面涂覆聚乙二醇PEG与聚醋酸乙烯酯的混合乳液，干燥，得到含有密封层的芯材；(3)在步骤(2)得到的含有密封层的芯材上编织耐磨层，得到所述的氧化铝连续纤维编织缝纫线。本发明制备得到的耐高温氧化铝连续纤维编织缝纫线可以满足大范围高温长久使用等，可满足树脂基、陶瓷基、金属基复合材料在1300℃下2000小时及以上的使用。

Description

一种耐高温氧化铝连续纤维编织缝纫线及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐高温氧化铝连续纤维编织缝纫线及其制备方法，属于功能材料技术领域。
背景技术
缝纫线的应用领域广泛，主要应用在缝合复合材料、塑料、皮革制品和纸制品等领域中。常见的缝纫线材料多为芳纶纤维、PPTA纤维、玻璃纤维缝纫线等，以及陶瓷纤维缝纫线，目前缝纫线的制备方法多以加捻、包缠等方式制备得到，虽然可能具备一定的强力，但是这些缝纫线的耐高温性能通常在1200℃以下，即便使用温度达到或是超过了1200℃，也不能在此温度下长时间使用；并且缝纫线的强度在长期高温使用环境下也会严重下降。
随着世界各国对能源资源的重视，对于耐高温与耐火织物的需求越来越大，亟需一种耐高温性能好，可以在高温条件下长时间使用、强力保持好的缝纫线。
发明内容
为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种耐高温氧化铝连续纤维编织缝纫线及其制备方法，利用氧化铝纤维的长时间耐高温特性制备芯层，通过加捻的方式加强芯层线的强度；同时利用涂覆聚醋酸乙烯酯和PEG混合乳液得到密封层，起到加强芯层与耐磨层结构一体性的作用，最后采用编织工艺得到芳纶耐磨层。
本发明的第一个目的是提供一种制备氧化铝连续纤维编织缝纫线的方法，包括如下步骤：
(1)将氧化铝纤维单纱进行加捻得到芯材；
(2)在步骤(1)得到的芯材表面涂覆聚乙二醇PEG与聚醋酸乙烯酯的混合乳液，干燥，得到含有密封层的芯材；
(3)在步骤(2)得到的含有密封层的芯材上编织耐磨层，得到所述的氧化铝连续纤维编织缝纫线。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述的氧化铝纤维是赤羽氧化铝连续纤维，购自上海榕融新材料有限公司，细度的范围在55-400Tex，进一步优选为125Tex。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述的芯材是3-9根氧化铝纤维进行加捻(进一步优选为7根)，得到芯材；捻度为280-420捻/m；芯材的直径为7-12μm，单纱断裂强度为1.5-2.5GPa。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的聚乙二醇PEG与聚醋酸乙烯酯的混合乳液的制备方法为：在聚醋酸乙烯酯乳液中按照聚醋酸乙烯酯乳液质量的6-10％加入聚乙二醇PEG，混合均匀即得到聚乙二醇PEG与聚醋酸乙烯酯的混合乳液；进一步优选为8％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的PEG为江苏省海安石油化工厂生产的工业级PEG1000。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的聚醋酸乙烯酯乳液的制备是根据参考文献(何瑞红.单组分聚醋酸乙烯酯乳液的制备与研究[D].广西科技大学,2014)制备得到。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的涂覆的密封层厚度为1-2mm。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的干燥的温度为70-100℃，干燥的时间为4-6h。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述的编织是在编织机上采用人造丝以1/1结构编织，编织角为30-40°，花节长度4-8mm；进一步优选为编织角为35°，花节长度为6mm。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述的编织机的纱锭数为4-16锭，进一步优选为8锭。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述的编织采用的人造丝细度为30D-300D。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述的编织采用的人造丝为粘胶人造丝、醋酯纤维、铜氨纤维中的一种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述的编织机为MB-16A1S型编织机。
本发明的第二个目的是本发明所述的方法制备得到的氧化铝连续纤维编织缝纫线。
本发明的第三个目的是本发明所述的氧化铝连续纤维编织缝纫线在缝合高厚织物中的应用。
在本发明的一种实施方式中，本发明所述的氧化铝连续纤维编织缝纫线可用于航空燃气轮机燃烧室、航天飞行器喷管、高温炉密封圈用材料的缝制，通过缝合的方法增强织物强力的同时，可满足在温差较大得高温环境下长时间使用。
本发明的有益效果：
(1)本发明制备得到的耐高温氧化铝连续纤维编织缝纫线能够满足高厚缝合高强度的要求，通过结构设计，有效的提高了缝纫线的结构强度；同时通过密封层起过渡作用，增强芯层的抱和度，最后利用高性能纤维编织层提供防护的同时，有利于整体结构强度的提升，耐折增强。
(2)本发明制备得到的耐高温氧化铝连续纤维编织缝纫线可以满足大范围高温长久使用等，可满足树脂基、陶瓷基、金属基复合材料在1300℃下2000小时以上的使用。
(3)本发明得到的氧化铝连续纤维编织缝纫线的断裂强度为49.53cN/dtex以上，磨断次数为4037次以上，最高耐热温度为2065℃以上，耐超高温性能强，耐磨性较好；1200℃处理1000小时后的断裂强度达到38.72cN/dtex以上，磨断次数为3158次以上，强力和耐磨性能保留率达到78％以上。
附图说明
图1是一种耐高温氧化铝连续纤维编织缝纫线的结构示意图；
图2是一种耐高温氧化铝连续纤维编织缝纫线的剖面图；
图1-图2中，1为氧化铝纤维芯层，2为密封层，3为耐磨层。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
测试性能：
强力测试：参照标准GB/T14344-2003，通过比较断裂强度来比较缝纫线的可缝性，具体过程如下：先将样品放在标准大气条件下进行调湿处理，再使用YG061FQ电子单纱强力仪测试其断裂强度。
耐磨性能测试：参照FZ/T 01058-1999《纱线耐磨性试验方法往复式磨辊法》标准，通过其中一根纱线出现断纱时的摩擦次数比较耐磨性能，利用Y731D抱合力机。实验环境条件为环境温度20℃±2℃，相对湿度60％，实验次数：30次。
热性能试验：将制备好的缝纫线放入热失重分析仪的陶瓷坩埚中，将陶瓷坩埚放于测试杆上，盖上炉盖。测试条件：从30℃升温至2200℃，升温速率10℃/min，在N2保护下。实验数据处理得到DTG曲线，曲线峰值(初始分解温度)即为缝纫线的最高耐热温度。
高温后强力、与耐磨性能测试：将缝纫线剪成20cm的纱线段，将其放置在SG-XL箱式炉中，将其在1200℃条件下保温1000小时，温差不超过正负1℃，随炉自然冷却至室温，测试缝纫线断裂强度。
实施例1
一种制备氧化铝连续纤维编织缝纫线的方法，包括如下步骤：
(1)将7根125Tex的赤羽氧化铝连续纤维通过加捻得到芯材；其中芯材捻度是320捻/m，芯材的直径是11μm，单纱断裂强力是1.8GPa；
(2)参考文献《何瑞红.单组分聚醋酸乙烯酯乳液的制备与研究[D].广西科技大学,2014》制备聚醋酸乙烯酯乳液；在制备的聚醋酸乙烯酯乳液中按照聚醋酸乙烯酯乳液质量的8％加入PEG1000，使用搅拌器搅拌均匀，搅拌速度为100r/min；得到聚乙二醇PEG与聚醋酸乙烯酯的混合乳液；之后在步骤(1)得到的芯材表面涂覆聚乙二醇PEG与聚醋酸乙烯酯的混合乳液，厚度为1.6mm(±0.05)，在80℃下干燥4h，得到含有密封层的芯材；
(3)采用8锭MB-16A1S型编织机在含有密封层的芯材表面编织耐磨层，编织层由粘胶人造丝以1/1结构编织，编织角为35°，编织锭子数为8，花节长度为6.0±0.2mm；其中粘胶人造丝的细度为150D，购自新乡市日鑫生态纺织服饰有限公司，得到氧化铝连续纤维编织缝纫线(结构如图1和图2所示)。
将得到的氧化铝连续纤维编织缝纫线进行性能测试，测试结果如下：断裂强度为49.53cN/dtex，磨断次数为4037次，DTG曲线峰值(初始分解温度)即氧化铝连续纤维编织缝纫线的最高耐热温度为2065℃，耐超高温性能较强，耐磨性较好。高温处理后的断裂强度为38.72cN/dtex，高温处理后的磨断次数为3158次。
对照例1
调整实施例1中步骤(3)的编织角为20°、50°，其他和实施例1保持一致，得到氧化铝连续纤维编织缝纫线。
将得到的氧化铝连续纤维编织缝纫线进行性能测试，测试结果如下表1：
表1对照例1的测试结果
编织角(°) 20 50
断裂强度(cN/dtex) 28.63 36.48
耐磨次数(次) 2891 3269
耐高温(℃) 1906 1937
高温处理之后断裂强度(cN/dtex) 19.15 23.86
高温处理之后耐磨次数(次) 1584 1742
对照例2
调整实施例1中步骤(3)的花节长度为2、10mm，其他和实施例1保持一致，得到氧化铝连续纤维编织缝纫线。
将得到的氧化铝连续纤维编织缝纫线进行性能测试，测试结果如下表2：
表2对照例2的测试结果
花节长度(mm) 2 10
断裂强度(cN/dtex) 40.37 30.56
耐磨次数(次) 3219 2917
耐高温(℃) 1794 1835
高温处理之后断裂强度(cN/dtex) 26.83 15.21
高温处理之后耐磨次数(次) 1906 1748
对照例3
调整实施例1中步骤(2)中的聚乙二醇PEG占聚醋酸乙烯酯乳液质量为3％、13％，其他和实施例1保持一致，得到氧化铝连续纤维编织缝纫线。
将得到的氧化铝连续纤维编织缝纫线进行性能测试，测试结果如下表3：
表3对照例3的测试结果
PEG占比(％) 3 13
断裂强度(cN/dtex) 39.03 41.49
耐磨次数(次) 2748 3196
耐高温(℃) 1628 1733
高温处理之后断裂强度(cN/dtex) 18.59 16.15
高温处理之后耐磨次数(次) 1781 1702
对照例4
省略步骤(2)，其他和实施例1保持一致，得到氧化铝连续纤维编织缝纫线。
将得到的氧化铝连续纤维编织缝纫线进行性能测试，测试结果如下：断裂强度为25.47cN/dtex，磨断次数为1379次，DTG曲线峰值(初始分解温度)即氧化铝连续纤维编织缝纫线的最高耐热温度为1835℃。高温后的断裂强度为11.32cN/dtex，高温后的磨断次数为649次。
对照例5
调整实施例1中步骤(1)的氧化铝纤维不加捻，其他和实施例1保持一致，得到氧化铝连续纤维编织缝纫线。
将得到的氧化铝连续纤维编织缝纫线进行性能测试，测试结果如下：断裂强度为32.89cN/dtex，磨断次数为2947次，DTG曲线峰值(初始分解温度)即氧化铝连续纤维编织缝纫线的最高耐热温度为1630℃。高温后的断裂强度为18.73cN/dtex，高温后的磨断次数为1693次。
对照例6
调整实施例1中步骤(2)中的聚乙二醇PEG和聚醋酸乙烯酯混合乳液的涂覆厚度为0.5mm、3mm，其他和实施例1保持一致，得到氧化铝连续纤维编织缝纫线。
将得到的氧化铝连续纤维编织缝纫线进行性能测试，测试结果如下表4：
表4对照例6的测试结果
厚度(mm) 0.5 3
断裂强度(cN/dtex) 30.17 48.20
耐磨次数(次) 1934 3875
耐高温(℃) 1473 1620
高温处理之后断裂强度(cN/dtex) 15.83 29.01
高温处理之后耐磨次数(次) 995 2386
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的技术和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种制备氧化铝连续纤维编织缝纫线的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将氧化铝纤维单纱进行加捻得到芯材；其中，芯材的直径为7-12μm；捻度为280-420捻/m；
（2）在步骤（1）得到的芯材表面涂覆聚乙二醇PEG与聚醋酸乙烯酯的混合乳液，干燥，得到含有密封层的芯材；其中，所述的聚乙二醇PEG与聚醋酸乙烯酯的混合乳液的制备方法为：在聚醋酸乙烯酯乳液中按照聚醋酸乙烯酯乳液质量的6-10%加入聚乙二醇PEG，混合均匀即得到聚乙二醇PEG与聚醋酸乙烯酯的混合乳液；密封层厚度为1-2mm；
（3）在步骤（2）得到的含有密封层的芯材上编织耐磨层，得到所述的氧化铝连续纤维编织缝纫线；其中所述的编织是在编织机上采用人造丝以1／1结构编织，编织角为30-40°，花节长度为4-8mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述编织采用的编织机的纱锭数为4-16锭。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述的氧化铝纤维是赤羽氧化铝连续纤维，购自上海榕融新材料有限公司，细度的范围在55-400Tex。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述的芯材是3-9根氧化铝纤维进行加捻，得到芯材。
5.权利要求1-4任一项所述的方法制备得到的氧化铝连续纤维编织缝纫线。
6.权利要求5所述的氧化铝连续纤维编织缝纫线在缝合高厚织物中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，氧化铝连续纤维编织缝纫线在航空燃气轮机燃烧室、航天飞行器喷管或高温炉密封圈用材料的缝制中的应用。
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